高層框架結(jié)構(gòu)短柱的抗震設(shè)計分析

【關(guān)鍵詞】高層框架結(jié)構(gòu)；短柱；軸力 抗震設(shè)計

　　在當(dāng)前建筑工程中，層高一定的情況下，為了提高延性而降低軸壓比則會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)短柱的橫截面增大，并且隨著高層建筑施工層高的增高，出現(xiàn)軸壓比較小的截面越來越多，成為高層框架結(jié)構(gòu)中的主要穩(wěn)定性能分析因素。在高層框架結(jié)構(gòu)短柱設(shè)計中，為了滿足規(guī)劃對軸壓的要求，柱子在設(shè)計中通常采用截面較大，這就容易形成短柱甚者是超短柱現(xiàn)象。在建筑工程短柱的使用中，延性差是眾所周知的缺陷問題，尤其是在各種超短柱形式中，幾乎不存在延性因素，這就使得在建筑工程遭受到本地區(qū)地震的影響的時候，容易發(fā)生各種剪力破壞的影響和制約因素，造成整個結(jié)構(gòu)的破壞現(xiàn)象。為了避免高層結(jié)構(gòu)中短柱的問題和因素，在施工中就需要采用一些構(gòu)造措施和方法進(jìn)行處理，提高短柱的延性和抗震性。

　　1、高層框架結(jié)構(gòu)的短柱的形成原因

　　高層框架結(jié)構(gòu)在當(dāng)前的建筑工程被廣泛的應(yīng)用，其在結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候要保證建筑結(jié)構(gòu)安全的衡量標(biāo)準(zhǔn)，在基礎(chǔ)設(shè)施的分析和應(yīng)用中要進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)置，確�？蚣芙Y(jié)構(gòu)中軸壓比能夠保證框架結(jié)構(gòu)組合的完整。高層框架結(jié)構(gòu)中軸壓比是影響框架柱破壞形態(tài)和延性的重要指標(biāo)，在設(shè)計中一般都采用地震作用的組合軸力作為主要的參考依據(jù)，柱截面寬和高高層框架結(jié)構(gòu)自重很大，再加上在應(yīng)用中地震作用的不斷促進(jìn)，形成在組合軸力設(shè)計和應(yīng)用中彎構(gòu)件形式存在嚴(yán)重的誤差和缺陷。在壓彎構(gòu)件中，輔壓比加大，這就意味著截面上層各個區(qū)域位置的影響因素逐步提高，從而造成壓力值的不斷增大方式。為了避免脆性破壞，只有降低軸壓比，在設(shè)計短柱的軸力中要通過混凝土的性能分析，嚴(yán)格按照壓力值進(jìn)行分析，確保柱截面高度的良好應(yīng)用。另外，高層框架結(jié)構(gòu)圖書館的書庫、層高較低的儲藏室、地下車庫等由于使用荷載大，層高較低也會產(chǎn)生短柱或極短柱。

　　2、高層框架結(jié)構(gòu)的短柱的判定

　　設(shè)計圖紙是建筑工程施工中的基礎(chǔ)，更是確保施工良好有序進(jìn)行的關(guān)鍵因素。在高層建筑應(yīng)用中，框架結(jié)構(gòu)的短柱設(shè)計和分析是提高其質(zhì)量的重點(diǎn)。由試驗(yàn)可知，影響框架柱破壞形態(tài)的主要因素是剪跨比。剪跨比是反映柱截面承受的彎矩與剪力相對大小的一個參數(shù)，短柱端部截面的彎矩和剪力短柱截面高度柱的剪跨比剪跨比X>2時，稱為長柱，一般會出現(xiàn)彎曲破壞剪跨比1．5≤2時，稱為短柱，多數(shù)會出現(xiàn)剪切破壞，當(dāng)提高混凝土強(qiáng)度或配有足夠的箍筋時，可能出現(xiàn)具有一定延性的剪壓破壞。剪跨比h<1．5時，稱為極短柱，一般發(fā)生脆性的剪力斜拉破壞，抗震性能不好，設(shè)計時應(yīng)當(dāng)盡置避免這種極短柱，否則需要采取特殊措施，慎重設(shè)計。

　　3、高層框架結(jié)構(gòu)的短柱的處理辦法

　　我國是一個多震的國家，根據(jù)我國地震的情況及抗震設(shè)計的傳統(tǒng)習(xí)慣，提出了“小震不壞、中震可修、大震不倒”的三水準(zhǔn)抗震設(shè)防目標(biāo)。為了達(dá)到中震可修、大震不倒的目地應(yīng)使框架柱具有一定的延性。在地震水平荷載作用下，框架柱的短柱和極短柱大都發(fā)生剪切脆性破壞，應(yīng)盡量避免短柱和極短柱，有特殊情況不能避免的應(yīng)采取以下措施。

　　3.1 箍筋加密方式

　　抗震等級：是設(shè)計部門依據(jù)國家有關(guān)規(guī)定，按“建筑物重要性分類與設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)”，根據(jù)烈度、結(jié)構(gòu)類型和房屋高度等，而采用不同抗震等級進(jìn)行的具體設(shè)計。以鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)為例，抗震等級劃分為四級，以表示其很嚴(yán)重、嚴(yán)重、較嚴(yán)重及一般的四個級別，即一、二、三、四級四個等級配置復(fù)合箍筋、螺旋箍可以對核芯區(qū)混凝土形成良好的約束作用，應(yīng)沿全高加密，來提高柱的抗剪承載力和延性，達(dá)到改善抗震性能的目地。加密區(qū)箍筋的最大間距及最小直徑。 框架梁柱節(jié)點(diǎn)作為梁的支座本身屬于柱的一部分，在當(dāng)前設(shè)計和應(yīng)用是關(guān)注的重點(diǎn)。在工程實(shí)踐中，多層框架設(shè)計上一般都取梁板砼與柱砼強(qiáng)度等級相同；若原設(shè)計圖紙上標(biāo)明的柱與梁板砼強(qiáng)度僅相差5MPa，一般也會在圖紙會審時將梁板砼強(qiáng)度等級改為與柱相同。這種情況的禁錮加密需要針對梁板一起分析，并且注意加固和加密的各個環(huán)節(jié)。

　　3.2 配置“X”筋

　　通過將部分縱筋沿柱對角線方向成斜向交叉配置，使部分縱筋內(nèi)移并使粘結(jié)應(yīng)力分布到混凝土內(nèi)部，形成“x”筋配置這樣既可以避免密排縱筋造成的排列困難及可能引的粘結(jié)破壞，又可使“x”形縱筋承擔(dān)一部分剪力，從而避免柱發(fā)生剪切破壞。

　　3.3 采用分體柱

　　鋼筋混凝土分體柱技術(shù)就是在柱中沿豎向用預(yù)制混凝土分隔板將短柱分為2或4個柱肢組成的分體柱，分體柱的各柱肢分開配筋。試驗(yàn)表明：采用分體柱的方法雖然使柱子的抗剪承載力基本不變，抗彎承載力稍有降低，但是使柱子的變形能力和延性均得到顯著提高，其破壞形態(tài)由剪切型轉(zhuǎn)化為彎曲型，從而實(shí)現(xiàn)了短柱變“長柱”的設(shè)想，有效改善了短柱尤其是極短柱的抗震性能，分體柱方法已在實(shí)際工程中得到應(yīng)用。

　　3.4 采用鋼骨混凝土柱

　　鋼骨混凝土住由鋼骨和外包混凝土組成，鋼骨通常采用由鋼板焊接拼制或直接扎制而成的工字形、口字形、十字形截面，使柱的抗壓承載力大大提高，從而有效地減小柱截面尺寸；鋼骨翼緣與箍筋對混凝土有很好的約束作用，使混凝土的延性得到提高，加上鋼骨本身具有良好的延性和抗剪承載力，使柱具有良好的延性及消耗地震能量的能力。

　　3.5 采用鋼管混凝土柱

　　鋼管混凝土柱是由混凝土填入薄壁圓形鋼管內(nèi)而形成的組合結(jié)構(gòu)材料。由于鋼管內(nèi)的混凝土受到鋼管的側(cè)向約束，使得混凝土處于三向受壓狀態(tài)，從而使混凝土的抗壓承載力和極限壓應(yīng)變得到很大的提高，混凝土的延性得到顯著改善，同時抗剪承載力和抗扭承載力也大大提高，通常柱截面可比昔通鋼筋混凝士柱減少一半以上，消除了短柱，并具有良好抗震性能。對短柱的抗震設(shè)計的研究是高層框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的重要組成部分，工程技術(shù)人員應(yīng)在這方面多加重視，才能把地震災(zāi)害造成損失降到最低。

　　4、結(jié)束

　　在當(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，隨著高層建筑框架結(jié)構(gòu)應(yīng)用的日益廣泛，其在設(shè)計中各種設(shè)計措施和設(shè)計應(yīng)用措施越來越復(fù)雜，在設(shè)計的過程中要充分的利用當(dāng)前各種技術(shù)手段和利用方式進(jìn)行施工和設(shè)計，針對框架結(jié)構(gòu)中短柱的各種因素綜合分析處理，結(jié)合抗震需求參數(shù)探討。設(shè)計師在設(shè)計中要明確自己的責(zé)任,提高對結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量安全問題的辨別能力,綜合以往對短柱設(shè)計中所應(yīng)用的資料和經(jīng)驗(yàn)嚴(yán)格設(shè)計，使得建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計能夠滿足社會發(fā)展需求，提高建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量安全。